Задание 2, страница 65 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

Поясните замысел создателя вечного двигателя по рисунку 80.

Рис. 80.Модель вечного двигателя

Это модель так называемого «вечного двигателя первого рода», работа которого, по замыслу создателя, основана на нарушении закона равновесия рычага. Конструкция представляет собой колесо, насаженное на ось, со свободно перекатывающимися шариками внутри изогнутых спиц.

Замысел создателя заключается в следующем:

1. На правой, опускающейся стороне колеса, шарики из-за изогнутой формы спиц отъезжают дальше от центра оси. На левой, поднимающейся стороне, шарики, наоборот, находятся ближе к центру.

2. Сила тяжести, действующая на каждый шарик, создаёт вращающий момент (крутящий момент). Величина этого момента определяется по формуле $M = F \cdot l$, где $F$ — сила (в данном случае сила тяжести), а $l$ — плечо силы (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы).

3. Создатель предполагал, что, поскольку плечо силы у шариков справа ($l_{справа}$) больше, чем у шариков слева ($l_{слева}$), то и суммарный вращающий момент, создаваемый шариками справа, будет всегда больше, чем момент, создаваемый шариками слева. Этот постоянный дисбаланс моментов, по его мнению, должен был заставить колесо вращаться вечно.

Однако эта идея ошибочна. Хотя у шариков справа действительно большее плечо силы, на этой стороне их оказывается меньше, чем на левой стороне, где они скапливаются ближе к центру. В результате суммарный вращающий момент справа оказывается равным суммарному моменту слева. Колесо совершит несколько колебаний и остановится в положении устойчивого равновесия, но вечного движения не возникнет, так как это противоречит фундаментальному закону сохранения энергии.

Ответ: Замысел создателя состоял в том, чтобы за счёт изогнутых спиц шарики на опускающейся стороне колеса находились дальше от центра, чем на поднимающейся. Это, по его мнению, создало бы постоянный перевес вращающего момента силы тяжести с одной стороны, что привело бы к вечному вращению колеса. Идея неработоспособна, так как разница в расстоянии шариков от центра компенсируется их неравномерным распределением по сторонам колеса, и система приходит в равновесие.